多相流模型
欧拉-拉格朗日方法
流体视为连续相，并且求解N—S方程，而离散相是通过计算流场中大量粒子的运动得到的。离散相和连续相之间存在动量、质量和能量的传递。方法适用的前提：作为离散相的第二相的体积分数应很低。即便当mspecies>=mfluid,，粒子运动轨迹的计算也是独立的，他们被安排在流体相计算的特定间隙内完成。 目前多相流数值计算主要有两种方法:欧拉-拉格朗日法和欧拉-欧拉法。
欧拉-欧拉方法
在欧拉-欧拉方法中，不同的相被处理成相互贯穿的连续介质。由于一种相所占的体积无法再被其他相占有，故此引入相体积率（phase volume fraction）的概念。体积率是时间和空间的连续函数，各相的体积率之和为1.从各相的守恒方程可以推导出一组方程，其对于所有的相都具有类似的形式。从实验得到的数据可以建立一些特定的关系，从而能使上述方程封闭。另外，对于小颗粒流（granular flows），则可以通过应用分子运动论的理论使得方程封闭。
在欧拉-欧拉方法中，不同的相在数学上被视为相互渗透的连续相。由于某一相的体积不能被其他相所占据，因此引入了相体积分数的概念。假设这些体积分数是空间和时间的连续函数，它们的和等于1。推导出各相的守恒方程，得到各相具有相似结构的方程组。这些方程通过提供从经验获得的本构关系而封闭，或者，在粒状流动的情况下，通过动力学理论的应用而封闭。在ANSYS Fluent中，提供了三种欧拉多相流模型: volume of fluid (VOF) 模型, mixture模型, 和 Eulerian 模型
VOF模型
VOF模型是一种应用于固定欧拉网格的表面跟踪技术。VOF模型用于两种或多种不混溶的流体，而流体之间的界面位置是我们感兴趣的。在VOF模型中，流体共享一组动量方程，并且在整个域中跟踪每个计算单元中每种流体的体积分数。VOF模型可应用于：分层流动、自由表面流动、填充、晃动、大气泡在液体中的运动、溃坝后液体的运动、射流破裂的预测(表面张力)以及任何液-气界面的稳态或瞬态跟踪。
Mixture模型
混合模型可用于两种或两种以上的相(流体或颗粒)。在欧拉模型中，相被视为相互渗透的连续体。混合模型求解混合动量方程，用相对速度来描述分散相。混合模型可应用于：低负荷颗粒流、气泡流、沉降和旋风分离器。混合模型也可以用于没有相对速度的分散相来模拟均匀多相流。
Eulerian模型
欧拉模型是ANSYS Fluent中最复杂的多相流模型。它要为每一项求解一系列的动量和连续性方程。通过压力和相间交换系数实现了耦合。处理这种耦合的方式取决于所涉及相的类型:颗粒状(流体-固体)流动与非颗粒状(流体-流体)流动的处理方法不同。对于粒状流动，应用动力学理论得到颗粒流的性质。两相之间的动量交换也取决于所模拟的混合物的类型ANSYS Fluent的用户定义函数可用来定义计算动量交换。欧拉多相流模型可应用于：气泡塔、提升器、颗粒悬浮和流化床。
一般情况下，一旦确定了最能代表你的多相系统的流型，就可以根据以下指导原则选择合适的模型:
- 对于段塞流，使用VOF模型。
- 对于分层/自由表面流，使用VOF模型。
- 对于气动输送，对于均匀流使用混合物模型，对于颗粒流使用欧拉模型。
- 对于流化床和颗粒流使用欧拉模型。
- 对于浆体流动和水力输送，使用混合模型或欧拉模型。
- 对于沉降，使用欧拉模型。
- 对于相混合或分散相体积分数超过10%的含气泡、液滴和颗粒流，使用混合物模型或欧拉模型。
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对于涉及多种流态的复杂多相流，选择最感兴趣的流态，并选择最适合该流态的模型。注意，由于所使用的模型仅对模型的部分流动有效，因此结果的准确性将不如只涉及一个流动模式那么好。
- VOF模型适用于分层或自由表面流动，混合和欧拉模型适用于相混合或分离或分散相体积分数超过10%的流动。（离散相体积分数小于或等于10%的流动可以用离散相模型来建模。）
- 要在混合模型和欧拉模型之间进行选择，你应考虑以下准则:如果分散相分布较广(如果颗粒大小不同，且最大的颗粒没有从一次流场分离)，混合模型可能更好(计算成本较低)。如果分散相只集中在域的一部分，那么应该使用欧拉模型。
参考资料：
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